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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kraftantrieb für beliebige
Maschinen und Einrichtungen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Bei bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Kraftantrieb
von Maschinen und Einrichtungen, ergab sich bisher der Nachteil, daß nur ein geringer
Wirkungsgrad der zuzuführenden Energie erzielbar war.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein derartiges Verfahren
zum Kraftantrieb von beliebigen Maschinen und Einrichtungen sowie eine derartige
Morrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit der die Nachteile bisher
bekannter Verfahren und Vorrichtungen vermieden werden können und ein hoher Wirkungsgrad
der zuzuführenden Energie erzielbar ist.
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Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Verfahrensansprüche
1 - 4 sowie durch die kennzeichnenden Merkmale des Vorrichtungsanspruches 5 - 7
gelöst Erfindungsgemäß ergibt sich der Vorteil, daß beim Kraftantrieb von beliebigen
Maschinen auf unkomplizierte Weise ein extrem hoher Wirkungsgrad erzielbar ist.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Anmeldungsgegenstandes
dargestellt Es- zeigen: Figur 1 Die Vorrichtung zum Kraftantrieb beliebiger Einrichtungen
durch Umwandlung der zuzuführenden Energie im Zusammenwirken mit dem Arbeitsfluidum
in mechanische Bewegungsenergie in schematischer Seitenansicht bei Verwendung von
zwei axial fluchtenden Sektionen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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Figur 2 Die Vorrichtung zum Kraftantrieb beliebiger Einrichtungen
in schematischer Seitenansicht bei Verwendung von drei axial fluchtenden Sektionen
gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, Figur 3 Die Vorrichtung zum Kraftantrieb
beliebiger Einrichtungen in schematischer Seitenansicht bei Verwendung von vier
axial fluchtenden Sektionen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, Fig. 4, 5
Die einzelnen axial miteinander fluchtenden Sektio-6 und 7 nen 1'', 2'', 3'', 4'',
gemäß Figur 3 im seitlichen Schnitt.
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Figur 8 einen Schnitt nach der Linie 8 - 8-gemäß Figur 4, Figur 9
einen Schnitt nach der Linie 9 - 9 gemäß Fig. 5, Figur 10 einen Schnitt nach der
Linie 10 - 10 gemäß Figur 6.
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Figur 11 Die Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
bei Verwendung von optischen Systemen oder Wärmebündel aus zuzuführender Energie
in schematischer Seitenansicht, Figur 12 Die Vorrichtung gemäß Figur 11 in seitlichem
Schnitt Figur 13 einen Schnitt nach der Linie 13 - 13 gemäß Figur 12.
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In Figur 1 ist gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel eine Sektion
1 für die Umwandlung der Energie durch Zusammenwirken der zuzuführenden Energie
mit dem Arbeitsfluidum in mechanische Bewegung eines technischen Elementes dargestellt,bei
der die Öffnung a für die Zuführung des Arbeitsfluidums und die Öffnung b für die
Ableitung des Arbeitsfluidums dient sowie eine Sektion 2, welcher der dynamischen
Druckverminderung des Arbeitsfluidums und der Stabilisierung des Arbeitsfluidums
und der Stabilisierung des Arbeitsfluidums dient, wobei die Öffnung c für die Zuführung
des Arbeitsfluidums von -b nach c dient und die Öffnung d für die Ableitung des
Arbeitsfluidums von d nach a dient.
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Der Arbeitsablauf kann grundsätzlich nach zwei Schemata A und B durchgeführt
werden.
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Der Arbeitsablauf des Verfahrens gemäß dem ersten, das Schema A betreffenden
Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1 erfolgt auf folgende Weise: Das gesamte System
wird zuvor mit Arbeitsfluidum angefüllt.
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Im Augenblick eines impulsartigen oder während eines ständigen Arbeitsvorganges
wirkt die zuzuführende Energie mit dem irbeitsfluidum zusammen, wobei im Arbeitsfluidum
eine dynamische und/oder thermische Ausdehnung desselben sowie von dessen Fraktionen
entsteht Diese Ausdehnung erfolgt in Form eines Druckes, dessen Größe vorher den
konkreten Charakteristiken der zuzuführenden Energie sowie der Parameter des entsprechenden
Arbeitsfluidums angepaßt worden ist, wobei dieser Druck in der Sektion 1, (Figur
1) zur Umformung des Druckes in Drehbewegung übertragen wird, d.h. daß die beim
Zusammenwirken der zuzuführenden Energie mit dem Arbeitsfluidum auftretende Energie
in Arbeit umgeformt wird.
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Nach erfolgter Durchführung eines vollen Arbeitszyklus gemäß dem das
Schema A betreffenden ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 1) in der Sektion 1 verlagert
sich das Arbeitsfluidum unter der Einwirkung eines überschüssigen Druckes von der
Öffnung a nach der Öffnung b, wobei das Arbeitsfluidum durch Vakuumwirkung von der,
einen niedrigeren Druck aufweisenden Öffnung c der Sektion 2 durch eine Rohrleitung
b c hin zur Öffnung c der Sektion 2 verschoben wird.
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Die Bedeutung der Sektion 2 besteht darin, daß es in dieser ermöglicht
wird, im Rohrsystem mit veränderlichen Querschnitten sowie in den sich erweiternden
Kammern eine möglichst große Druckverminderung des Arbeitsfluidums zu erzielen und
falls erforderlich die Temperatur desselben bis auf mittlere anfängliche
Parameter
zu senken.
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Die Sektionen 1 und 2 sind untereinander axial fluchtend angeordnet.
Nach dem Übertritt der zyklischen Bewegung in die Sektion 2 kehrt das Arbeitsfluidum
unter der Vakuum- oder Sogwirkung von seiten der Öffnung a und unter der Einwirkung
eines Rest-Druckes von seiten der Öffnung d durch die Rohrleitung d a wieder nach
der Öffnung a in die Sektion 1 zurück, worauf sich das Arbeitsspiel wiederholt.
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Gemäß dem zweiten in Figur 2 dargestellten, das zweite Arbeitsschema
B betreffenden Ausführungsbeispiel sind drei Sektionen 1 , 2 und 3 vorgesehen.
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Schema B Beim zweiten Arbeitsschema B ist eine Sektion 1 vorgesehen,
die der Sektion l gemäß dem Schema A entspricht, sowie eine Sektion 2 , die der
Sektion 2 gemäß dem Schema A entspricht und eine Sektion 3 die eine Sektion für
die Normalisierung des Arbeitsfluidums bildet.
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Der Arbeitsablauf nach dem Schema B entspricht im wesentlichen dem
Arbeitsablauf gemäß dem Schema A.
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Überschreitet die Temperatur des Arbeitsfluidums bei Beendigung des
Arbeitszyklus in der Sektion l den zulässigen Temperaturbereich und ist der Zyklus
in der Sektion 2 nicht in der Lage den Arbeitsvorgang zu stabilisieren, und ergibt
sich ein unzulässiger Überschuß an sich bildenden Dämpfen und/oder Gasen des Arbeitsfluidums
oder von dessen Fraktionen, so wird das Arbeitsfluidum nach Beendigung des Zyklus
in der Sektion 2 in die 3. Sektion 3 durch eine von der Öffnung d zur Öffnung e
führende Rohrleitung d e abgeleitet, wobei die überschüssige Wärme entweder durch
Wärmetausch oder Kompensation von Dämpfen oder durch Kühlung von Gasen bis auf ausgängliche
Charakteristiken
des Arbeitsfluidums bis zum Eintritt in die Mündung
a der Sektion 1 abgegeben wird.
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Ist der Arbeitszyklus in der Sektion 3 (Gemäß Fig. 2) beendet, so
wird das Arbeitsfluidum unter Vakuumeinwirkung von seiten der Öffnung a und unter
der Einwirkung eines Restdruckes von seiten der Öffnung f durch die Rohrleitung
fa in die Sektion 1 zurückgeleitet, worauf si81 das Arbeitsspiel wiederholt.
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Die Übergänge des Arbeitsfluidums zwischen den Sektionen 1-2-1 gemäß
dem in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel nach dem Schema A oder zwischen
den Sektionen l - 2 - 3 -1 gemäß dem in Figur 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel
gemäß Schema B dienen zur größtmöglichen Einwirkung auf die mechanischen Mittel
und einerseits zur Durchführung einer Druckverminderung bei Beibehaltung des mittleren
Wertes der Anfangstemperatur für die Ermöglichung einer wirksamen Drehbewegung des
Arbeitsfluidums auf den ganzen Verlauf des Arbeitszyklus bei ständiger Änderung
des Druckes und der Geschwindigkeit aus grundlegendem Faktor der Bewegung und andererseits
für die Beibehaltung Jer mittleren anfänglichen Temperatur des Arbeitsfluidums und
die Erzielung eines maximalen thermischen Wirkungsgrades des Arbeitsvorganges.
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Die Bewegung des Arbeitsfluidums erfolgt in einer ringförmigen oder
geschlossenen spiralförmigen linksgerichteten oder rechts gerichteten Drehbewegung
und auch in der Kombination beider beliebig gerichteter Drehungsarten.
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Das Arbeitsfluidum kann zur Arbeitskammer hin und von dieser auf beliebigem
Wege einer zentralen Zuführung in der gleichen Fläche des Arbeitsringes fortgeführt
werden oder es kann durch Zuführung und Abführung durch einen Zuführungs- und Abführungsstutzen
für das Arbeitsfluidum in bestimmte Abschnitte
der Arbeitskammer
und unter verschiedenen Winkeln in bezug zum Arbeitsring bewegt werden.
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Erfindungsgemäß könnan als antreibende Energie zwei Typen eines Kraftantriebes
verwendet werden 1. Die Energie einer für das Arbeitsfluidum hinsichtlich der Leistung
ausgewählten, direkt im Arbeitsfluidum stattfindenden elektrischen Entladung und
2. die durch Helio-Konzentrierung von Wärmebündeln erzielbare Energie, in für das
Arbeitsfluidum ausgewählte Stärke, die gegebenenfalls mittels eines Quantengenerators
oder durch, eine hohe optische und Wärmedurchlaßfähigkeit aufweisende Kristalle
oder Glas direkt in dasArbeitsfluidum eingegeben werden.
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Die Arbeitsweise des Kraftantriebes für die zuzuführende Energie
gemäß dem 1. Typ in Form elektrischer Entladungen direkt im Arbeitsfluidum ist (gemäß'den
Figuren 3 - 10) folgende: II Die Arbeitssektionen 1 und l weisen einen in einem
stationären Gehäuse 5 drehbar gelagerten, mit Antriebsflügeln 25 versehenen Rotor
auf, der als Arbeitsring 6 gestaltet ist und der mit der Abtriebswelle 7 verbunden
ist.
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Das Gehäuse 5 enthält Aktivierungskammern 8 (Fig. 8 und 9) sowie
einen Rohrstutzen 9 für eine zu einem automatisch wirksamen Sicherheitsventil 18
führenden Verbindungsrohrleitung und Rohrstutzen 21-22 zur Verbindung von im Gehäuse
seitlich angeordneten Öffnungen a und b mit Verbindungsrohrleitungen für die Zuleitung
und Ableitung des Arbeitsfluidums.
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t1 Die Sektionen 2 und 2 dienen zur zusätzlichen Aktivierung des
Arbeitsfluidums und weisen desgleichen einen in einem stationären Gehäuse 5 drehbar
gelagerten, mit Antriebsflügeln 25 versehenen Rotor auf, der als Arbeitsring 6 gestaltet
ist und mit der Antriebswelle 7 verbunden ist, wobei Aktivierungskammern 8 einen
Teil des Gehäuses 5 bilden, welches mit Rohrstutzen 23 - 24
versehen
ist, die seitlich mit Öffnungen c und d für die Zuleitung und Ableitung des Arbeitsfluidums
versehen ist.
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Die Sektionen 3 und (Fig. 2) und 3 (Figur 3), welche den Arbeitsgenerator
für elektrischen Strom antreiben, bestehen aus dem im Gehäuse 5 gelagerten, als
Rotor wirksamen, mit einer Antriebswelle 7 für den Generator verbundenen Arbeitsring.
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tr Die Sektion 4 bildet einen Stabilisator des Arbeitsfluidums der
mit Eingangs- und Ausgangsöffnungen h versehen ist.
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Das Anlassen und Anhalten des Kraftantriebes sowie die Durchführung
eines Vollen Arbeitszyklus der Bewegung des Arbeitsfluidums erfolgt nach folgendem
Schema: Figur 3: Das gesamte System wird mit Arbeitsfluidum gefüllt und mit einer
elektrischen Speisequelle von entsprechender Leistungsfähigkeit verbunden, wobei
alle Ventile 12 bis 19 (Figur 3) geschlossen sind.
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Im Augenblick des Anlassens öffnet sich das erste Ventil 12. Dann
werden die Elektroden der Aktivierungskammer 8 1V der Sektionen 1, 2 oder 1 , 2
gleichzeitig oder in entsprechender Reihenfolge mit einer impulsförmigen Entladung
von beträchtlicher Leistung beaufschiagt. Beim Anstieg des Druckes im Arbeitsfluidum
erfolgt eine Drehbewegung des den Rotor bildenden Arbeitsringes 6 in den Sektionen
1, 2' - 1, 2'', wobei das Arbeitsfluidum nach dem Schema a b, b c, c d, d a (Figur
1) zu zirkulieren beginnt und soviele Zyklen vollführt, wieviele für die Aufnahme
der anfänglichen Arbeitscharakteristiken von Temperatur und Druck erforderlich sind.
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Nach dem Erreichen der erforderlichen Charakteristiker des Arbeitsfluidums
kann an die Arbeitswelle 7 der Sektion 1'' die entsprechende anzutreibende Einrichtung
oder der Apparat angeschlossen werden.
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Gleichzeitig damit kann zur Steigerung des Durchsatzes des Arbeitsfluidums
zwecks Erzielung eines größeren II Druckgefälles zwischen der höher gelegenen Seite
1 , 1 d.h. zwischen der Arbeitskammer von seiten der Öffnung. b und von seiten der
Öffnung a dieser Kammer das Arbeitsfluidum zur Durchführung der Arbeit zum Antrieb
des Generators 3', 3'' geleitet werden, was bei geschlossenen Ventilen 12 und bei
geöffneten Ventilen 13 und 14 erfolgt.
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Das Arbeitsfluidum beginnt dann nach dem SChema a b -b e - e f - f
c - c d - d a durch die entsprechenden Rohrleitungen mit veränderlichem Querschnitt,
mit sinkendem Druck und steigender Durchflußgeschwindigkeit zu zirkulieren, wobei
der Generator 3 angetrieben und das Arbeitsfluidum in die Kammer der vorläufigen
Aktivierung derselben vor dem Übergang in Richtung nach a zurückgeleitet wird.
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Speichert sich im Arbeitsfluidum überschüssige Wärme oder überschüssiger
gesättigter Dampf, Gas oder eine Verdampfung des Arbeitsfluidums oder dessen Fraktionen
auf und wird eine Stabilisierung erforderlich, so öffnen sich die Ventile 15 und
17, sodaß das Arbeitsfluidum nach dem Schema a b - b e - e f - fg - g h -h c - c
d - d a zu zirkulieren beginnt.
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Beim Abstellen des Kraftantriebes erfolgt gleichzeitig mit dem Abschalten
der Kammer von der Energiequelle ein
Öffnen des Ventiles 18, um
überschüssige Wärmeausbreitung und dementsprechend einen Druckanstieg auf Ergebnis
des Wärmeabwurfes zu begegnen bei gleichzeitigem Öffnen der Ventile 16 und 18, bei
geschlossenen Ventilen 13, 14 und l71 wobei das Arbeitsfluidum über den Rohrstutzen
9 der Sektion 1 zur Öffnung e der Sektion 3 des Antriebes des Generators und weiter
nach dem Schema e f - f g - g h - h e gelangt, bis sich der Druck im System stabilisiert.
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Der Rohrstutzen 10 der arbeitenden Kammer der Sektion 1 (gemäß Fig.
3 und Fig. 4,)sowie das Sicherheitsventil 19 dienen zum Ableiten eines wesentlich
erhöhten Druckes des Arbeitsfluidums oder von dessen Fraktionen aus der Kammer bei
Sektion 1''.
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Im Falle des Vorhandenseins eines überschüssigen Druckes wird dieser
durch den Arbeitsrohrstutzen 10 der Sektion 1 über das Ventil 9 in die Kammer der
Sektion 4 der Stabilisierung des Arbeitsfluidums nach der Öffnung g geleitet und
bei in der Stabilisierungskammer im Falle eines Unfalles auftretendem Überdruck
durch das Sicherheitsventil 20 in die Atmosphäre abgeleitet.
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Gemäß dem in den Figuren 11, 12 und 13 dargestellten Ausführungsbeispiel
des zweiten Types des Kraftantriebes eines mittels elektrischen Stromes arbeitenden
Generators mit zuzuführender Energie in Form von Wärmebündeln, welche von Heliotonzentratoren
durch leistungsfähige Systeme gewonnen werden, erfolgt die Arbeit nach folgendem
Schema (s. Figur 12 und 13).
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(1( Die arbeitende Sektion 1 besteht aus einem Gehäuse 5 und aus
in diesem angeordneten Aktivierungskammern 8 und aus einem mit einem Rohrstutzen
9 verbundenen automatischen
Sicherheitsventil sowie aus in der
seitlichen Wandung des Gehäuses angeordneten Öffnungen a'und b für die Zu- und Abführung
des Arbeitsfluidums.
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Im Gehäuse 5 ist ein als Rotor gestalteter Arbeitsring 6 mit einer
Abtriebswelle 7 gelagert. Die arbeitende Sektion 1''' ist in Richtung yon der Seite
der Öffnungsmündung b mit der Öffnungsmündng g der Stabilisierungssektion 4 und
von der Seite der Öffnung a mit der Öffnung h der Stabili-1(1 sierungssektion 4
für das Arbeitsfluidum mittels einer Rohrschlange 27 verbunden.
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Das Anlassen des Kraftantriebes und die Durchführung des Arbeitszyklus
erfolgt nach folgendem Schema (Fig. all): Das gesamte System wird mit Arbeitsfluidum
angefüllt.
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In der Aktivierungskammer 8 (Fig. 12) wird ein gewähltes optisches
System ein Wärmebündel von bestimmter Leistungsgröße eingegeben. Die durch das Zusammenwirken
des Wärmebündels mit dem Arbeitsfluidum erzielbare Energie in Form von Druck verursacht
eine in Richtung zum niedrigeren Druckbereich gerichtete Bewegung nach dem Schema
a-b.
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Ist ein voller Zyklus a-b vollführt, so verlagert sich das Arbeitsfluidum
unter der von der Seite der Öffnung g einwirkenden Vakuumeinwirkung sowie durch
überschüssigen Druck von der Öffnung g'her in die Stabilisierungssektion 4 des Arbeitsfluidums,
wo es auf eine für den weiteren Arbeitsgang minimale Temperatur abgekühlt wird.
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Unter der Druckeinwirkung in Richtung von der Öffnung g' gelangt das
Arbeitsfluidum über die Öffnung h'in die Rohrschlagge 27 des ständig unter Strahleneinfluß
stehenden Systemes der Heliokonzentrierung zur vorhergehenden Aktivierung des Arbeitsfluidums,
welches dann
über der Öffnung a einem erneuten Arbeitsspiel zugeführt
wird.
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Das Anwendungsgebiet des Kraftantriebes mit zuzuführender Energie
in Form von einer unmittelbar im Arbeitsfluidum erfolgenden elektrischen Entladung
ist nicht begrenzt.
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Das Anwendungsgebiet eines Kraftantriebes mit zuzuführender Energie
in Form von durch Heliokonzentratoren erzielbarer Wärmebündelung ist durch die Besonderheiten
der zuzuführenden Energie und die geographishe Lage in ihrer maximalen Bedeutung
bestimmt.